Các nhà khoa học đã chuyển đổi một loạt các vi khuẩn thành cái mà họ gọi là "máy ghi âm nhỏ nhất thế giới:" bằng cách sửa đổi gen của một chủng phòng thí nghiệm thông thườngEscherichia coli vi khuẩn, Các nhà nghiên cứu nói rằng họ đã có thể dỗ vi khuẩn không chỉ ghi lại các tương tác của chúng với môi trường mà còn dập tắt những sự cố này.
Những "máy ghi âm" nhỏ bé này - được trình bày chi tiết trong một nghiên cứu mới được công bố vào ngày 23 tháng 11 trên tạp chí Science - có thể giúp củng cố một lớp công nghệ mới sử dụng tế bào vi khuẩn để chẩn đoán bệnh hoặc theo dõi sự thay đổi trong môi trường mà không làm phiền môi trường xung quanh .
"Các vi khuẩn như vậy, được nuốt bởi một bệnh nhân, có thể ghi lại những thay đổi mà họ trải qua trong toàn bộ hệ thống tiêu hóa, mang lại một cái nhìn chưa từng thấy về các hiện tượng không thể tiếp cận trước đây", tác giả nghiên cứu cao cấp Harris Wang, giáo sư trợ lý tại khoa sinh học hệ thống tại Trung tâm Y tế Đại học Columbia, cho biết trong một tuyên bố.
Công nghệ đằng sau máy ghi âm là công cụ chỉnh sửa gen phổ biến, CRISPR. Công cụ này, cho phép các nhà khoa học về cơ bản bắn ra các chuỗi DNA và thay thế nó bằng vật liệu di truyền cụ thể, ban đầu được phát hiện ở vi khuẩn. CRISPR là một phần của hệ thống miễn dịch của một số vi khuẩn nhất định - nó có thể sao chép các đoạn DNA từ vi rút xâm nhập để các thế hệ vi khuẩn trong tương lai có thể nhận ra và từ chối các cuộc tấn công tiếp theo.
"Hệ thống này là một thiết bị bộ nhớ sinh học tự nhiên", Wang nói. "Từ góc độ kỹ thuật thực sự khá tốt, bởi vì nó đã là một hệ thống được mài giũa qua quá trình tiến hóa để thực sự tuyệt vời trong việc lưu trữ thông tin."
Máy ghi hình hiển vi của nhóm bao gồm một cặp cấu trúc mang gen được gọi là plasmid. Plasmid đầu tiên, "thời gian", đánh dấu thời gian bằng cách biểu thị một số phân tử DNA nhất định, được gọi là nucleotide, trong vùng CRISPR của DNA của vi khuẩn. Các plasmid khác được sửa đổi để tạo ra nhiều bản sao của chính nó, nhưng chỉ để đáp ứng với tín hiệu bên ngoài. Kết quả là một bản vá các chuỗi nền ghi lại các chuỗi thời gian và tín hiệu được chèn vào để đáp ứng với những thay đổi trong môi trường của tế bào.
Nếu điều đó nghe có vẻ phức tạp, hãy nghĩ về nó như thế này: Plasmid thời gian in một chữ "A" trong khoảng thời gian cách nhau. Nếu không có "tín hiệu bên ngoài", các nhà khoa học sẽ chỉ thấy chuỗi A này. Nhưng nếu plasmid thứ hai được bật bởi tín hiệu bên ngoài, nó sẽ chèn tem của nó vào chuỗi của A. Dựa vào vị trí trong chuỗi đó, tem của plasmid thứ hai xuất hiện, các nhà khoa học có thể suy luận khi tín hiệu bên ngoài diễn ra. Giống như các dải dữ liệu trong một băng từ, các nhà khoa học có thể phân tích điều này hơn nữa với sự trợ giúp của các công cụ tính toán.
Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu cho thấy hệ thống có thể ghi lại ít nhất ba tín hiệu đồng thời trong vài ngày. Bước tiếp theo là thu hẹp các mục tiêu.
"Bây giờ chúng tôi dự định xem xét các dấu hiệu khác nhau có thể bị thay đổi dưới những thay đổi về trạng thái tự nhiên hoặc bệnh tật, trong hệ thống tiêu hóa hoặc ở nơi khác", Wang nói.
